Correre, saltare, ballare: dietro ogni movimento c’è un dialogo preciso tra muscoli e nervi. Quando questo collegamento si guasta arrivano malattie come l’atrofia muscolare spinale, parte di un gruppo di patologie che colpisce circa un europeo su 500. Al Centro Max Delbrück, in Germania, un gruppo di ricerca ha ricreato in laboratorio organoidi neuromuscolari umani che si organizzano da soli — e alla fine puoi scoprire quanta curiosità da ricercatore c’è in te.
Correre, saltare, ballare: gesti che sembrano semplici nascondono un lavoro di squadra molto preciso. Perché un movimento avvenga, i muscoli scheletrici e il sistema nervoso devono svilupparsi in modo coordinato e collegarsi in circuiti funzionanti. Proprio da qui parte il progetto GPSorganoids, finanziato dall’Unione europea attraverso il Consiglio europeo della ricerca (CER) e coordinato dal Centro Max Delbrück per la Medicina Molecolare (MDC), in Germania.
La domanda di partenza è di quelle fondamentali: in che modo muscoli e nervi crescono insieme fino a formare i circuiti che ci permettono di muoverci? Capirlo non è solo una curiosità da manuale. Secondo il gruppo di ricerca, la risposta potrebbe aprire strade nuove per comprendere e trattare malattie gravi.
Le malattie neuromuscolari colpiscono circa un europeo su 500. Tra queste ci sono l’atrofia muscolare spinale (SMA) e la sclerosi laterale amiotrofica (SLA), due patologie che toccano proprio il sistema che collega nervi e muscoli.
Per studiarle servono modelli accurati del sistema neuromuscolare umano. È questo l’obiettivo che i ricercatori si sono dati: sviluppare in vitro una nuova generazione di modelli, capaci di aiutare a capire queste malattie e di accelerare la scoperta di nuove terapie.
Il cuore del progetto sono organoidi neuromuscolari umani in grado di auto-organizzarsi. Mina Gouti, responsabile di gruppo al Centro Max Delbrück, lo spiega così: «Abbiamo sviluppato organoidi neuromuscolari umani auto-organizzanti che riproducono fedelmente le principali interazioni funzionali tra i motoneuroni spinali e il muscolo scheletrico».
In altre parole, in una piastra di coltura si ricrea in piccolo il collegamento tra i motoneuroni del midollo spinale e i muscoli. Il punto di partenza era sfruttare i segnali molecolari dello sviluppo umano per ricostruire il sistema neuromuscolare in laboratorio.
Uno dei passi avanti più interessanti riguarda l’elettricità. Il gruppo ha integrato nella piattaforma di organoidi una stimolazione elettrica controllata, che ha migliorato in modo sostanziale la maturazione e la funzionalità dei tessuti.
Il risultato mostra che unire la biologia dello sviluppo e la bioingegneria permette di ottenere tessuti più rilevanti dal punto di vista fisiologico, cioè più vicini a quelli reali. Non basta dunque imitare i segnali che guidano la crescita: anche l’ingegneria può fare la sua parte.
Accanto agli organoidi, i ricercatori hanno sviluppato una piattaforma auto-organizzante della giunzione neuromuscolare umana, il punto d’incontro tra nervo e fibra muscolare. Gouti la descrive così: «Il risultato è una potente piattaforma per lo studio dello sviluppo neuromuscolare, l’analisi dei meccanismi patologici e la valutazione di potenziali terapie». Nel concreto, il lavoro permette di:
Secondo Gouti, insieme queste tecnologie complementari forniscono modelli umani fisiologicamente rilevanti e creano allo stesso tempo piattaforme scalabili che accelerano la scoperta di nuovi farmaci.
La storia del progetto mostra bene come funziona la ricerca di base. Il piano iniziale era chiaro: ricreare il sistema neuromuscolare in una piastra di coltura seguendo i segnali molecolari dello sviluppo umano. Strada facendo, però, il gruppo ha scoperto che integrare la bioingegneria poteva accrescere ancora di più la rilevanza fisiologica degli organoidi. Un risultato inatteso, che ha aperto percorsi del tutto nuovi per la scoperta di terapie.
Gouti sottolinea il valore di una ricerca ambiziosa e guidata dalla curiosità: «Il CER ci ha offerto la libertà di esplorare queste direzioni inaspettate nel campo della bioingegneria, consentendoci non solo di rispondere alle domande che ci eravamo posti inizialmente, ma anche di sviluppare percorsi di ricerca completamente nuovi che, in ultima analisi, andranno a beneficio della società».
Il contributo dell’Unione europea al progetto ammonta a 2.799.375 euro, per un periodo che va dal 1° gennaio 2022 al 31 dicembre 2027.
Il lavoro non si ferma qui. Il progetto ha ottenuto anche una sovvenzione CER di Prova di concetto per automatizzare la generazione e l’analisi degli organoidi neuromuscolari grazie alla robotica e a tecniche di imaging avanzate.
L’obiettivo è arrivare a modelli umani standardizzati e preparare il terreno per future applicazioni nella medicina personalizzata. Gouti guarda avanti con fiducia: «Sono convinta che il nostro lavoro aiuterà i ricercatori di tutto il mondo a comprendere meglio le malattie neuromuscolari e ad accelerare lo sviluppo di nuove terapie per il loro trattamento».
GPSorganoids è partito da una domanda fondamentale, cioè come muscoli e nervi crescano insieme, ed è arrivato a strumenti concreti per la ricerca medica. Gli organoidi neuromuscolari auto-organizzanti, resi più maturi dalla stimolazione elettrica, e i modelli costruiti a partire dalle cellule dei pazienti fanno da ponte tra la scienza di base e la ricerca di nuove terapie per malattie come la SMA e la SLA. Un esempio di quanto lontano possa portare una ricerca guidata dalla curiosità.
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